【知识中心】Kubernetes 与 Docker 的关系

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1. Docker 简介
Docker 是一个开源的容器化平台，允许开发者将应用程序及其依赖打包到一个轻量级、可移植的容器中。Docker 容器是基于 Linux 内核的轻量级虚拟化技术，提供了比传统虚拟机更高的性能和更小的资源占用。Docker 的核心组件包括：

Docker Engine：负责创建和管理容器。它是一个客户端-服务器架构的应用程序，提供了一个 REST API 用于与容器交互。

Docker Image：包含应用程序及其所有依赖的只读模板。Docker 镜像是不可变的，每次修改镜像时都会创建一个新的版本。

Docker Container：基于 Docker 镜像运行的实例。每个容器都是独立的，具有自己的文件系统、网络配置和进程空间。

Docker Compose：用于定义和管理多容器应用程序的工具。通过 docker-compose.yml 文件，你可以轻松地定义多个服务、网络和卷，并使用一条命令启动或停止整个应用程序。

Docker Swarm：Docker 的原生集群管理和编排工具，允许你将多个 Docker 主机组合成一个虚拟的 Docker 主机（称为 Swarm），并在其上部署和管理分布式应用程序。

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2. Kubernetes 简介
Kubernetes（简称 K8s）是一个开源的容器编排平台，最初由 Google 开发，现在由云原生计算基金会（CNCF）维护。Kubernetes 提供了强大的自动化功能，用于管理大规模容器化应用程序的部署、扩展和操作。Kubernetes 的核心组件包括：

Pod：Kubernetes 中最小的可部署单元，可以包含一个或多个容器。Pod 中的容器共享相同的网络命名空间和存储卷，因此它们可以相互通信和共享数据。

Deployment：用于管理无状态应用程序的控制器。Deployment 可以自动管理 Pod 的创建、更新和滚动回滚，确保应用程序始终保持所需的副本数量。

StatefulSet：用于管理有状态应用程序的控制器。StatefulSet 为每个 Pod 提供稳定的标识符和持久化存储，适用于数据库、消息队列等需要保持状态的服务。

Service：用于定义一组 Pod 的逻辑集合，并为它们提供稳定的网络访问方式。Service 可以通过 DNS 名称或 IP 地址进行访问，并支持多种负载均衡策略。

Ingress：用于管理外部访问（如 HTTP/HTTPS）进入集群的流量。Ingress 可以配置路由规则、SSL 终止、负载均衡等功能，使得外部用户可以访问集群中的服务。

ConfigMap 和 Secret：用于管理应用程序的配置和敏感信息。ConfigMap 用于存储非敏感的配置数据，而 Secret 用于存储密码、API 密钥等敏感信息。

PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC)：用于管理持久化存储。PV 是集群中的一块存储资源，而 PVC 是对 PV 的请求。PVC 会根据需求动态分配 PV，并将其挂载到 Pod 中。

Horizontal Pod Autoscaler (HPA)：用于根据 CPU 使用率或其他指标自动扩展或缩减 Pod 的数量。HPA 可以确保应用程序在高负载时获得足够的资源，在低负载时释放不必要的资源。

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3. Kubernetes 与 Docker 的关系
Kubernetes 和 Docker 是互补的技术，它们在不同的层次上发挥作用，共同构成了完整的容器化应用程序管理和编排生态系统。以下是 Kubernetes 与 Docker 之间的主要关系

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3.1 Docker 是 Kubernetes 的容器运行时
Kubernetes 本身并不直接管理容器，而是依赖于底层的容器运行时来创建和管理容器。Docker 是最常用的容器运行时之一，Kubernetes 可以与 Docker 无缝集成，使用 Docker 引擎来创建和管理容器。

CRI (Container Runtime Interface)：Kubernetes 通过 CRI 与容器运行时进行通信。CRI 是一个标准化的接口，允许 Kubernetes 支持多种容器运行时，而不仅仅是 Docker。常见的 CRI 实现包括：
containerd：Docker 的下一代容器运行时，性能更好，资源占用更少。
CRI-O：专门为 Kubernetes 设计的轻量级容器运行时，专注于安全性和性能。
cri-containerd：containerd 的 CRI 实现，提供了更好的兼容性和性能。
尽管 Docker 是最早被 Kubernetes 支持的容器运行时之一，但从 Kubernetes 1.24 版本开始，Docker 作为默认容器运行时已被弃用，取而代之的是 containerd。这是因为 containerd 提供了更好的性能和安全性，并且更符合 Kubernetes 的架构设计。

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3.2 Kubernetes 管理 Docker 容器
Kubernetes 通过其高级抽象（如 Pod、Deployment、Service 等）来管理 Docker 容器。Kubernetes 不仅可以创建和管理单个容器，还可以管理多个容器的生命周期、网络、存储和扩展。Kubernetes 提供了以下功能来管理 Docker 容器：

自动化部署：Kubernetes 可以自动部署和管理 Docker 容器，确保应用程序始终保持所需的副本数量。你可以使用 Deployment 或 StatefulSet 来定义应用程序的部署策略。

自动扩展：Kubernetes 提供了 Horizontal Pod Autoscaler (HPA) 功能，可以根据 CPU 使用率或其他指标自动扩展或缩减 Docker 容器的数量。HPA 可以确保应用程序在高负载时获得足够的资源，在低负载时释放不必要的资源。

负载均衡：Kubernetes 通过 Service 和 Ingress 提供了内置的负载均衡功能，可以将流量均匀地分发到多个 Docker 容器上。Service 可以为一组 Pod 提供稳定的网络访问方式，而 Ingress 可以管理外部流量进入集群的路由规则。

健康检查：Kubernetes 支持健康检查（Liveness Probe 和 Readiness Probe），可以定期检查 Docker 容器的健康状态。如果某个容器不健康，Kubernetes 会自动重启它，确保应用程序始终处于正常运行状态。

持久化存储：Kubernetes 通过 PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC) 提供了持久化存储功能，可以为 Docker 容器分配持久化的存储卷。这样即使容器被删除或重新创建，数据也不会丢失。

配置管理：Kubernetes 通过 ConfigMap 和 Secret 提供了配置管理功能，可以为 Docker 容器注入环境变量、配置文件和敏感信息。这样可以避免将配置信息硬编码到 Docker 镜像中，提高应用程序的灵活性和安全性。

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3.3 Kubernetes 提供更高的抽象层
Kubernetes 在 Docker 的基础上提供了更高的抽象层，使得开发者可以更方便地管理和操作容器化应用程序。Kubernetes 的抽象层包括：

Pod：Kubernetes 将多个 Docker 容器封装在一个 Pod 中，使得它们可以共享相同的网络命名空间和存储卷。Pod 是 Kubernetes 中最小的可部署单元，提供了更细粒度的控制和管理能力。

Deployment 和 StatefulSet：Kubernetes 提供了 Deployment 和 StatefulSet 控制器，用于管理无状态和有状态应用程序的生命周期。这些控制器可以自动处理容器的创建、更新、滚动回滚等操作，减少了手动管理的工作量。

Service 和 Ingress：Kubernetes 提供了 Service 和 Ingress 资源，用于管理容器之间的通信和服务的对外暴露。Service 可以为一组 Pod 提供稳定的网络访问方式，而 Ingress 可以管理外部流量进入集群的路由规则。

Horizontal Pod Autoscaler (HPA)：Kubernetes 提供了 HPA 功能，可以根据 CPU 使用率或其他指标自动扩展或缩减 Pod 的数量。HPA 可以确保应用程序在高负载时获得足够的资源，在低负载时释放不必要的资源。

Custom Resource Definitions (CRDs)：Kubernetes 允许开发者定义自定义资源类型（CRDs），扩展 Kubernetes 的功能。CRDs 可以用于管理特定领域的资源，例如数据库、消息队列、缓存等。

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3.4 Kubernetes 提供更强的生态支持
Kubernetes 拥有庞大的社区支持和丰富的生态系统，提供了大量的工具和插件来增强其功能。以下是一些常见的 Kubernetes 生态工具：

Helm：Kubernetes 的包管理工具，类似于 Docker Compose，但功能更强大。Helm 允许你定义复杂的应用程序部署模板，并通过 Chart 包进行管理和分发。

Prometheus 和 Grafana：Kubernetes 原生支持 Prometheus 和 Grafana，用于监控和可视化集群的性能指标。Prometheus 可以收集各种监控数据，而 Grafana 可以生成美观的仪表盘，帮助你实时了解集群的健康状况。

Istio：Kubernetes 的服务网格工具，提供了更细粒度的流量控制、安全性和可观测性功能。Istio 可以帮助你管理微服务架构中的服务间通信，实现熔断、限流、灰度发布等功能。

Argo CD：Kubernetes 的持续交付工具，支持 GitOps 工作流。Argo CD 可以自动同步 Git 仓库中的配置文件到 Kubernetes 集群中，确保应用程序始终保持最新的状态。

Cert-Manager：Kubernetes 的证书管理工具，用于自动管理 TLS 证书的签发和续期。Cert-Manager 可以与 Let's Encrypt 等证书颁发机构集成，确保集群中的服务始终使用有效的 SSL 证书。